Kiểm soát tần số xung của công nghệ kiểm soát xung laser

Kiểm soát tần số xung củacông nghệ điều khiển xung laser

1. Khái niệm về tần số xung, tốc độ xung laser (Pulse Repetition Rate) đề cập đến số xung laser phát ra trên một đơn vị thời gian, thường tính bằng Hertz (Hz). Xung tần số cao phù hợp cho các ứng dụng có tốc độ lặp lại cao, trong khi xung tần số thấp phù hợp cho các tác vụ xung đơn năng lượng cao.

2. Mối quan hệ giữa công suất, độ rộng xung và tần số Trước khi tìm hiểu về điều khiển tần số laser, trước tiên cần giải thích mối quan hệ giữa công suất, độ rộng xung và tần số. Có một sự tương tác phức tạp giữa công suất laser, tần số và độ rộng xung, và việc điều chỉnh một trong hai thông số thường đòi hỏi phải xem xét hai thông số còn lại để tối ưu hóa hiệu quả ứng dụng.

3. Các phương pháp điều khiển tần số xung phổ biến

a. Chế độ điều khiển bên ngoài nạp tín hiệu tần số bên ngoài nguồn điện và điều chỉnh tần số xung laser bằng cách kiểm soát tần số và chu kỳ làm việc của tín hiệu tải. Điều này cho phép xung đầu ra được đồng bộ hóa với tín hiệu tải, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi điều khiển chính xác.

b. Chế độ điều khiển nội bộ: Tín hiệu điều khiển tần số được tích hợp sẵn trong bộ nguồn biến tần, không cần thêm tín hiệu đầu vào bên ngoài. Người dùng có thể lựa chọn giữa tần số cố định tích hợp hoặc tần số điều khiển nội bộ có thể điều chỉnh để linh hoạt hơn.

c. Điều chỉnh độ dài của bộ cộng hưởng hoặcbộ điều biến điện quangĐặc tính tần số của laser có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh độ dài của bộ cộng hưởng hoặc sử dụng bộ điều biến quang điện. Phương pháp điều chỉnh tần số cao này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi công suất trung bình cao hơn và độ rộng xung ngắn hơn, chẳng hạn như vi gia công laser và chụp ảnh y tế.

d. Bộ điều biến quang học âm thanh(AOM Modulator) là một công cụ quan trọng để điều khiển tần số xung của công nghệ điều khiển xung laser.Bộ điều chế AOMsử dụng hiệu ứng quang âm (tức là áp suất dao động cơ học của sóng âm làm thay đổi chiết suất) để điều chế và kiểm soát chùm tia laser.

4. Công nghệ điều chế trong khoang, so với điều chế ngoài, điều chế trong khoang có thể tạo ra năng lượng cao, công suất cực đại hiệu quả hơnlaser xungSau đây là bốn kỹ thuật điều chế nội khoang phổ biến:

a. Chuyển mạch khuếch đại bằng cách điều chế nhanh nguồn bơm, sự đảo ngược số lượng hạt môi trường khuếch đại và hệ số khuếch đại được thiết lập nhanh chóng, vượt quá tốc độ bức xạ kích thích, dẫn đến sự gia tăng đột ngột số lượng photon trong buồng cộng hưởng và tạo ra laser xung ngắn. Phương pháp này đặc biệt phổ biến trong laser bán dẫn, có thể tạo ra các xung từ nano giây đến hàng chục pico giây, với tần số lặp lại lên đến vài gigahertz, và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền thông quang học với tốc độ truyền dữ liệu cao.

Công tắc Q (Q-switching) Công tắc Q triệt tiêu phản hồi quang học bằng cách đưa vào tổn thất cao trong khoang laser, cho phép quá trình bơm tạo ra sự đảo ngược mật độ hạt vượt xa ngưỡng, lưu trữ một lượng năng lượng lớn. Sau đó, tổn thất trong khoang giảm nhanh chóng (tức là giá trị Q của khoang tăng lên), và phản hồi quang học được bật lại, do đó năng lượng được lưu trữ được giải phóng dưới dạng các xung cường độ cao cực ngắn.

c. Khóa chế độ tạo ra các xung cực ngắn ở mức pico giây hoặc thậm chí femto giây bằng cách kiểm soát mối quan hệ pha giữa các chế độ dọc khác nhau trong khoang laser. Công nghệ khóa chế độ được chia thành khóa chế độ thụ động và khóa chế độ chủ động.

d. Xả khoang Bằng cách lưu trữ năng lượng trong các photon trong bộ cộng hưởng, sử dụng gương khoang có tổn thất thấp để liên kết hiệu quả các photon, duy trì trạng thái tổn thất thấp trong khoang trong một khoảng thời gian. Sau một chu kỳ khứ hồi, xung mạnh được "xả" ra khỏi khoang bằng cách nhanh chóng chuyển mạch phần tử khoang bên trong, chẳng hạn như bộ điều biến quang âm hoặc màn trập quang điện, và một tia laser xung ngắn được phát ra. So với chuyển mạch Q, xả khoang có thể duy trì độ rộng xung vài nano giây ở tốc độ lặp lại cao (chẳng hạn như vài megahertz) và cho phép năng lượng xung cao hơn, đặc biệt là đối với các ứng dụng yêu cầu tốc độ lặp lại cao và xung ngắn. Kết hợp với các kỹ thuật tạo xung khác, năng lượng xung có thể được cải thiện hơn nữa.

Kiểm soát xung củatia laserlà một quá trình phức tạp và quan trọng, bao gồm điều khiển độ rộng xung, điều khiển tần số xung và nhiều kỹ thuật điều chế. Thông qua việc lựa chọn và áp dụng hợp lý các phương pháp này, hiệu suất laser có thể được điều chỉnh chính xác để đáp ứng nhu cầu của các tình huống ứng dụng khác nhau. Trong tương lai, với sự xuất hiện liên tục của các vật liệu và công nghệ mới, công nghệ điều khiển xung laser sẽ mở ra nhiều đột phá hơn nữa, thúc đẩy sự phát triển của công nghệ laser.công nghệ lasertheo hướng có độ chính xác cao hơn và ứng dụng rộng rãi hơn.